迈向以太坊2.0：伊斯坦布尔升级将带来哪些改变？

2019年12月，区块链领域最先受到关注的事件莫过于以太坊的伊斯坦布尔升级。伊斯坦布尔升级是以太坊的第八次网络升级，最近一次以太坊升级代号“君士坦丁堡”。

根据ethernodes.org最新消息，ETH网络将于区块高度9069000时进行伊斯坦布尔升级，目前区块高度为9064936（12月7日15：18）。根据目前出块速度推算，以太坊预计将在12月8日8点29分左右进行伊斯坦布尔升级，距离升级还有约17个小时。具体升级时间可能会因出块速度而有所变化。

此次升级完成也意味着以太坊走进了创始团队为其设计的四个发展阶段中的最后一个：Serenity（宁静）。此次升级完成后，再经过预计于明年1月实施的“柏林升级”，以太坊将实现从PoW共识机制向PoS共识机制的转换，最终迈向以太坊的2.0阶段。

一、以太坊的升级之路

以太坊正式上线之后，历经了数次升级。按照其创始团队的规划，以太坊的发展路线分为四个阶段，即：Frontier（前沿）、Homestead（家园）、Metropolis（大都会） 和 Serenity（宁静）。每个阶段都会通过硬分叉的方式来进行升级过渡，而每个阶段的升级都是为了引入更多的特性和修复问题。

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表1：以太坊历次升级信息

资料来源：网络公开资料整理，01区块链

第一阶段：前沿（Frontier）

以太坊进入第一阶段——前沿（Frontier）开始于2015年7月30日，这一阶段主要是将挖矿和交易所交易运行起来，从而社区可以运行挖矿设备，同时还建立了一个测试分布式应用（DApps）的环境。这一阶段的以太坊只有命令行界面，没有图形界面，需要非常精通整个以太坊模型，对工具的掌握非常好才能进行开发使用。从这一阶段开始就可以挖出真正的以太币，但每个区块的奖励只有正常奖励的10%，即每个区块奖励是0.59个ETH。然而，由于这一阶段的以太坊版本非常复杂，一般矿工难以参与挖矿，更多参与挖矿的是开发者。

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第二阶段：家园（Homestead）

2016年3月14日，以太坊在主网区块高度1150000时进入第二阶段——家园（Homestead）。这次升级主要包括几个协议的改变：EIP-2（主要的硬分叉改变）、EIP-7（以太坊虚拟机更新）、EIP-8（devp2p向前兼容性）。

以太坊优化协议后，系统更加稳定、更易使用，普通用户也可以开始参与挖矿。挖矿的奖励也从“前沿”阶段的10%恢复到正常奖励水平，即每个区块奖励5个ETH。

第三阶段：大都会（Metropolis）

这一阶段主要包含两次硬分叉升级：拜占庭（Byzantium）和君士坦丁堡（Constantinople）。这个阶段被认为是从PoW机制到PoS机制的过渡阶段，以太坊的底层协议将发生重要改变。

拜占庭硬分叉升级已按原定计划于第4730000个区块高度完成升级。拜占庭升级在以太坊网络中引入了大量新特性，主要包括zk-Snarks、“revert功能和returndata指令”（智能合约的灵活性），以及抽象账户等。

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新服务将包括机构级存储解决方案和比特币的买卖。Gazprombank计划逐步扩大服务范围，以包括额外的加密货币和其他产品和服务。

据悉，Gazprombank（Switzerland）Ltd是由俄罗斯Gazprombank（股份公司）100％控股的瑞士合规金融机构。[2020/10/30 11:15:48]

2019年3月，以太坊君士坦丁堡分叉升级完成，本次升级在性能和安全上的改变主要有：智能合约执行性能优化、为合约更新时提供更廉价的存储、为状态通道等二层网络扩容方案做铺垫、修改了以太坊经济政策。

第四阶段：宁静（Serenity）

即将到来的伊斯坦布尔升级，是计划在未来六个月内进行的两次主要网络升级中的第一次（第二次为预期在2020年1月实施的柏林升级）。这两次升级将使以太坊最终走向2.0阶段，因为涉及共识协议的转变。因此，此次伊斯坦布尔升级也被称为“通往以太坊2.0的一个关键里程碑”。

二、以太坊2.0：宁静将至

1、如何升级？

根据以太坊伊斯坦布尔升级公告，此次升级中实现的规则改动都使用EIP（以太坊升级提案）来定义。此次伊斯坦布尔升级包括14项EIPs，其中6项提案将在12月8日伊斯坦布尔第一次升级中实施应用，涉及的关键技术包括：引入分片技术；降低GAS成本的措施；改进与隐私币Zcash的链上互操作性；以及允许更多创造性功能的智能合约。剩余的8项提案还需要核心开发人员商讨审议后，在之后的柏林升级中实施。

宁静阶段（Serenity）的完成也将分为4个不同的子阶段进行。

表2：以太坊2.0分阶段实施详情

三、以太坊2.0会产生什么变化？

在2018年11月的DevCon大会上，以太坊研究员Danny Ryan罗列了五个以太坊2.0的设计目标，包括去中心化、系统恢复能力、安全性、简洁性、持久性。

总体来说，以太坊2.0将使以太坊网络实现更高程度的扩展性和去中心化，最重要的变化在于完成共识机制从PoW到PoS的转换。

现在以太坊采用的是PoW，亦即工作量证明共识机制，通俗来讲，就是多劳多得制度，付出的计算工作量越高，就越有可能得到奖励。这一机制存在的缺陷就是处理交易的速度太慢。而升级之后的POS机制则可以提高交易处理速度，同时节省很多算力消耗。

在具体操作方面，根据以太坊伊斯坦布尔升级公告，对于以太坊用户或者Ether持有者来说，不需要进行任何手动操作，除非交易所或者钱包服务商等提示需要采取额外的操作。而节点运营者、矿工以及其他开发人员则需要进行以太坊客户端的更新操作。

另外，上次以太坊君士坦丁堡升级决定将难度炸弹延缓一年，而经过公开讨论后，以太坊网络难度炸弹将被再次推迟。

难度炸弹一直是以太坊网络中饱受争议的地方。所谓难度炸弹是指计算挖矿难度时，除了根据出块时间和上一个区块难度进行调整外，加上了一个每十万个区块呈指数型增长的难度因子。

根据这一计算规则，随着以太坊区块高度的增加，出块难度也将大大增加，矿工将难以挖出新的区块。而挖矿难度越来越难，到最后矿工几乎无法通过挖矿产生新的区块，这时就到了被称作“冰川时代”的阶段。

之所以加入难度炸弹，是为了防止矿工联合抵制PoW向PoS的转换过程。加入难度炸弹后，会使矿工在挖矿过程中逐渐发现转移到PoS机制对自己更加有利，于是会逐渐摈弃PoW，完成整个网络共识机制的“温和“过渡。

但现实情况却是，整个转换过程远比开发者最初设想的要长。目前，PoW仍然是以太坊的主要挖矿机制，而且由于难度炸弹的存在，挖矿难度持续快速增加。为了保证网络通畅和系统的稳定，在正式上线PoS机制之前，难度炸弹只能被一次次延迟。

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